Чтобы определить, в каком уравнении газа, вступающего в реакцию, и газа, образующегося в результате реакции, имеют одинаковые объемы, необходимо проанализировать коэффициенты перед реагентами и продуктами в каждом уравнении.
\(4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O\)
- Плотность газов: 4 моль \(NH_3\) и 3 моль \(O_2\) реагируют, образуя 2 моль \(N_2\) (газ) и 6 моль \(H_2O\) (жидкость, какие в данном случае игнорируются, так как объем воды не учитывается в газах).
\(C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O\)
- Плотность газов: 1 моль \(C_3H_8\) и 5 моль \(O_2\) реагируют, образуя 3 моль \(CO_2\) (газ) и 4 моль \(H_2O\) (жидкость).
\(CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O\)
- Плотность газов: 1 моль \(CH_4\) и 2 моль \(O_2\) реагируют, образуя 1 моль \(CO_2\) (газ) и 2 моль \(H_2O\) (жидкость).
\(N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3\)
- Плотность газов: 1 моль \(N_2\) и 3 моль \(H_2\) реагируют, образуя 2 моль \(NH_3\) (газ).
Теперь посмотрим на соотношения:
- В первом уравнении: 3 моль \(O_2\) реагирует, а 2 моль \(N_2\) образуется – объемы не равны.
- Во втором уравнении: 1 моль \(C_3H_8\) и 5 моль \(O_2\) реагирует, образуется 3 моль \(CO_2\) – объемы не равны.
- В третьем уравнении: 1 моль \(CH_4\) и 2 моль \(O_2\) реагирует, образуется 1 моль \(CO_2\) – объемы равны (1 моль реагента и 1 моль продукта).
- В четвертом уравнении: 1 моль \(N_2\) и 3 моль \(H_2\) реагируют, образуются 2 моль \(NH_3\) – объемы не равны.
Наибольшим числом совпадений обладают третье уравнение (оно же удовлетворяет условию о равенстве объемов газа на входе и выходе, так как 1 моль \(CH_4\) и 1 моль \(CO_2\)).
Таким образом, правильный ответ: \(CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O\).